O aumento da eletrificação está acontecendo de modo mais amplo e repentino do que se esperava, tanto na indústria de automóveis quanto na de outros tipos de veículos elétricos (VEs). O mercado de VEs mundial também está mais competitivo do que os mercados de décadas passadas ligados ao setor automotivo, pois mais fabricantes, grandes e pequenos, estão competindo por espaço.

 

Como os fabricantes podem se manter à frente da concorrência e ao mesmo tempo superar os crescentes desafios impostos pelo uso de materiais de difícil usinagem como, por exemplo, os aços de alta resistência? Staffan Lundström, gerente de produto da Sandvik Coromant, empresa especializada em usinagem de metais, explica porque um novo método de ferramentas multidirecional, combinado com a próxima geração da pastilha CoroTurn® Prime tipo B, pode trazer a resposta. 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 1 – O mercado de veículos elétricos (VE) está se moldando para se tornar mais diversificado à medida que as grandes empresas estabelecidas, como a Porsche, competem com fabricantes menores.

 

 

A partir de meados dos anos 30, as “Três Grandes” fabricantes dominaram o mercado automotivo dos EUA: General Motors, Ford e Daimler Chrysler. Isso continuou durante os 70 anos seguintes. Porém, a concorrência entre os fabricantes de automóveis está mudando – tanto dentro dos Estados Unidos quanto nos atuais mercados líderes mundiais de VEs: Ásia-Pacífico, seguido pela Europa.

 

Como foi escrito por Matthias Holweg em “A evolução da concorrência no setor automotivo”, um capítulo do livro “Fabricado por encomenda: a estrada para o carro de 5 dias”: “A concorrência mudou da liderança de custos durante o auge da produção em massa original da Ford para a variedade e escolha [e depois] para a diversificação através da liderança em design, tecnologia ou excelência em manufatura”.

 

Isso também se aplica aos mercados de VEs. Eles estão se moldando para se tornarem mais diversificados e competitivos do que os mercados automotivos de outrora, já que as grandes empresas estabelecidas, como a Porsche, competem com fabricantes pequenos e em expansão mundial, como a Polestar. No cenário mundial, essas empresas precisam alcançar a China – seis dos dez veículos elétricos plug-in mais vendidos em 2021 no mundo inteiro são de marcas chinesas, de acordo com a Statista.

 

Para os fabricantes de equipamentos originais (OEMs), os mercados competitivos estão mudando as exigências impostas no que tange à fabricação de peças. Os VEs têm menos peças, e que também são menores, mais leves e devem suportar os torques mais altos do motor elétrico. As peças devem suportar uma maior eficiência energética e uma maior densidade de potência. Isso, obviamente, implica exigências muito altas nas peças, o que levou a uma mudança na tecnologia de materiais.

 

Os especialistas da Sandvik Coromant esperam que essa mudança inclua um aumento contínuo no uso de aços de alta resistência de cerca de 15%, de todos os materiais usados na manufatura de automóveis em 2010, para 38% em 2030. Esses novos materiais, incluindo os aços limpos e ultra limpos, são feitos de elementos de liga e são capazes de atender aos requisitos já mencionados – como níveis mais altos de torque do motor elétrico –, pois têm menos impurezas metalúrgicas.

 

Mas como isso se relaciona com a usinabilidade? Com o uso de aços limpos e ultra limpos, vemos um aumento da plasticidade do material, pois o menor teor de impurezas nos aços se traduz em desafios de usinagem relacionados à quebra e remoção de cavacos. Esses materiais têm um limite de escoamento maior, exigem forças de corte maiores na usinagem e aumentam o desgaste da ferramenta. Enquanto os aços de alta resistência, limpos ou ultra limpos são mais difíceis de usinar, a integração cada vez maior da digitalização e da manufatura auxiliada por computador (CAM) nas linhas de produção está aumentando a exigência da qualidade e eficiência da manufatura.

 

Esses são os desafios da usinagem que os fabricantes de automóveis enfrentam. E aqueles que não atualizam seus processos de produção ficam presos ao tradicionalismo e correm o risco de serem deixados para trás. Mas como os fabricantes podem se manter no topo das tendências? A resposta está em usar melhores máquinas-ferramentas, mas também em um novo método de usinagem concebido para a obtenção de peças com qualidade otimizada, que apresenta maior eficiência e proporciona redução de custos, inclusive na usinagem de aços resistentes.

 

 

Fig. 2 – A segunda geração da pastilha CoroTurn® Prime tipo B foi projetada com quatro arestas de corte para obter uma usinagem mais econômica.

 

 

Melhor controle de formação de cavacos

 

É bem sabido que o controle efetivo de formação de cavacos contribui para a produtividade e confiabilidade nos processos de usinagem, e também para a obtenção de superfícies usinadas com acabamento de alta qualidade. Vamos examinar mais de perto o controle da formação de cavacos e como isso influencia a produtividade na usinagem, bem como o desgaste da ferramenta.

 

Se a pastilha usinar a peça em ângulo próximo a 90°, a espessura do cavaco será igual à taxa de avanço (f_n) – assim, a um f_n de 1 milímetro por rotação (mm/rot), o cavaco terá 1 mm de espessura. Se reduzirmos o ângulo em que a pastilha opera, quanto menor ele for, mais fina será a espessura do cavaco. Podemos aumentar o f_n de forma correspondente. Assim, por exemplo, se diminuirmos o ângulo de 90° para 25° e aumentarmos o f_n de 0,25 para 0,6 mm/rot, a espessura do cavaco permanecerá a mesma. O resultado é uma usinagem mais produtiva e com os mesmos níveis de controle de formação de cavacos.

 

Para apoiar isso, a Sandvik Coromant criou sua metodologia PrimeTurning™, que abrange a usinagem usando um pequeno ângulo de posição da ferramenta para proporcionar uma produtividade muito alta e uma longa vida útil à ferramenta. O método permite que os clientes façam torneamento multidirecional e, ao fazê-lo, podem obter maior eficiência e produtividade do que é possível com o torneamento convencional. A PrimeTurning™ resultou em uma maior produtividade e vida útil mais longa das ferramentas.

 

No entanto, o processo precisa de ferramentas específicas para proporcionar essas vantagens. O uso de uma ferramenta convencional não permite que sejam obtidos os mesmos níveis de controle de formação de cavacos ou os mesmos ângulos de folga corretos. Portanto, não funcionará na prática.

 

É por isso que a Sandvik Coromant desenvolveu as ferramentas CoroTurn® PrimeTurning™, das quais o mais recente desenvolvimento é a segunda geração de pastilhas CoroTurn® Prime tipo B. A ferramenta da próxima geração apresenta pastilhas negativas de dupla face com quatro arestas de corte, visando proporcionar uma usinagem mais econômica, junto com um novo desenho robusto da tip seat e geometrias atualizadas.

 

Com essas características a ferramenta pode realizar cortes mais profundos (mm), com usinagem mais alta (mm/rot) e velocidades f_n, além de um melhor controle de formação de cavacos na usinagem de aços de alta resistência e de outros aços.

 

Isso beneficia a produtividade, mas, e o desgaste das ferramentas? Isso nos leva ao desenho da pastilha propriamente dita. Em uma pastilha convencional, a usinagem feita em um ângulo de posição menor coloca a maior parte do calor e da carga no canto, que também é a parte mais fraca da pastilha, e a que tem menor quantidade de metal duro para absorvê-los. No entanto, cada pastilha CoroTurn® Prime tipo B tem quatro arestas de corte em vez de duas, com cantos mais fortes. Com mais arestas, pode-se obter mais usinagem com cada pastilha, enquanto o calor e a carga se dissipam por uma parte muito maior da aresta de corte.

 

A segunda geração de pastilhas CoroTurn® Prime tipo B também foi projetada para superar dificuldades normalmente encontradas ao se usar pastilhas com uma profundidade axial de corte maior (a_p) e f_n. Isso inclui riscos de sobrecarga e, com menor a_p e f_n, o risco de formação de cavacos longos. As operações de usinagem podem, portanto, ser executadas a um f_n muito maior para um melhor controle de formação de cavacos, estabilidade, maior segurança do processo e maior vida útil da ferramenta. Para os fabricantes, é possível atender a esses requisitos mais elevados de qualidade e eficiência por meio da implementação de melhorias na usinagem.

 

As vantagens proporcionadas pelo uso do método PrimeTurningTM podem ser ainda mais notórias por meio do uso do software CoroPlus® Tool Path. O software é um gerador de trajetória da ferramenta on-line, que fornece códigos e técnicas de programação de controle numérico (NC) para configurar parâmetros e variáveis apropriadas para uma aplicação específica de usinagem. Quando esses parâmetros de corte são usados em combinação com as ferramentas de corte CoroTurn® Prime, os clientes da Sandvik Coromant obtêm ângulos de posição menores, uso eficiente da aresta e nenhum emperramento de ferramentas ocorre devido à formação de cavacos.

 

O método PrimeTurning™ também inclui o uso de software CAM e suporte de programação. É por isso que a Sandvik Coromant criou parcerias sólidas com Mastercam, TopSolid, Siemens NX, CAMWorks e GibbsCAM, para garantir que o PrimeTurningTM e o CoroPlus® Tool Path fossem incluídos nos maiores pacotes de software CAM. As fábricas que não usam software CAM podem, em vez disso, usar o CoroPlus® Tool Path para gerar códigos NC.

 

 

Maior produtividade

 

Um cliente da Sandvik Coromant, do setor automotivo, desejava realizar uma operação de desbaste em uma peça de aço DIN 48CrMoV6-7 em um torno EMAG VSC 250. O cliente procurou obter níveis mais altos de produtividade e proporcionar maior vida útil às suas ferramentas usadas para produção em larga escala, mas entendeu que os ajustes das ferramentas não seriam suficientes. É por isso que, apesar de ser principalmente uma operação de desbaste, a aplicação seria realizada com torneamento externo intermitente e faceamento usando o método PrimeTurning™.

 

Para isso, a Sandvik Coromant recomendou a segunda geração da pastilha CoroTurn® Prime tipo B, que foi comparada com outras pastilhas do cliente. Cada ferramenta usou uma velocidade de corte idêntica de 180 m/min (v_c) e profundidade axial de corte (a_p) de 1,5~1,8 mm. No entanto, uma pastilha CoroTurn® Prime tipo B ger 2 foi usada mais de duas vezes com f_n de 0,65 mm/rot em comparação com apenas 0,3 mm/rot da pastilha da concorrência.

 

Embora a vida útil de cada pastilha fosse aproximadamente a mesma – 9,58 minutos para a pastilha concorrente versus 10 minutos para a pastilha de próxima geração da CoroTurn® Prime tipo B –, houve uma diferença significativa na produtividade. A ferramenta da concorrência apresentou uma vida útil de apenas 25 peças com um tempo de corte de 23 segundos por peça. Entretanto, a ferramenta da Sandvik Coromant alcançou mais do que o dobro da vida útil da pastilha, usinando 50 peças em apenas 12 segundos empregados em cada peça — aproximadamente metade do tempo —. A segunda geração da pastilha CoroTurn® Prime tipo B também demonstrou um desgaste de aresta mais previsível e um melhor controle de formação de cavacos.

 

No futuro, a Sandvik Coromant prevê que sua segunda geração de pastilhas CoroTurn® Prime tipo B proporcionará benefícios semelhantes para outros clientes do setor automotivo, incluindo fabricantes de VEs. Ao usar essas pastilhas com o método PrimeTurningTM, os fabricantes podem economizar tempo ao trabalhar com materiais de difícil usinagem, junto com os benefícios adicionais como, por exemplo, maior vida útil da ferramenta. Com essas ferramentas e métodos, os fabricantes da indústria automotiva poderão, parafraseando Holweg, diversificar por meio da liderança em design, tecnologia e excelência na manufatura.

 

Para saber mais sobre desbaste com maior produtividade e maiores taxas de remoção de metal, acesse o site da Sandvik Coromant.

 

Como integrante do grupo global de engenharia industrial Sandvik, a Sandvik Coromant está na vanguarda das ferramentas de manufatura, soluções de usinagem e conhecimentos que impulsionam os padrões e inovações exigidos pela indústria metalúrgica, agora e na próxima era industrial. Suporte educacional, extenso investimento em P&D e parcerias sólidas com clientes garantem o desenvolvimento de tecnologias de usinagem que mudam, lideram e impulsionam o futuro da manufatura. A Sandvik Coromant possui mais de 1.700 patentes no mundo inteiro, emprega mais de 7.700 funcionários e é representada em 150 países.

Para obter mais informações acesse www.sandvik.coromant.com ou siga-nos nas redes sociais.

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